El poder de la nutrición (6ª parte): ¿Cómo nos beneficia la nutrición?

Mecanismos moleculares de la nutrición y la enfermedad

La alimentación constituye uno de los factores de riesgo modificables más importantes en todo tipo de enfermedades. ¿Cómo puede exactamente la alimentación influir en nuestra salud? Por medio de este artículo, PAN desea esclarecer algunos de los mecanismos básicos de cómo la nutrición actúa sobre nuestro metabolismo.

Estamos hechos de alimentos

Puede sonar como un cliché, pero es verdad: el alimento es vida. Los alimentos y sus componentes son el sustrato básico para nuestra estructura y metabolismo. Sin alimento, no hay desarrollo, crecimiento, calor, movimiento, reproducción o cognición.

En comparación con otros factores de riesgo, como fumar, la inactividad física o la radiación UV, la alimentación es más compleja. Todos consumimos muchos alimentos diferentes y cada uno de ellos está compuesto de miles de sustancias con efectos potenciales sobre nuestro cuerpo. Además, estas sustancias usualmente no tienen ningún efecto individualmente, solo en forma de compuestos, cada uno con sus efectos específicos.

Los componentes de los alimentos pueden dividirse, por un lado, en macronutrientes y por otro en micronutrientes.

Food

Los macronutrientes y sus funciones

Los macronutrientes como las proteínas, los carbohidratos y las grasas tienen en común que proveen de energía al organismo. Los micronutrientes, como los minerales y las vitaminas, desempeñan más un papel de soporte en el metabolismo, lo que significa que sirven como cofactores o coenzimas1)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015..

Los carbohidratos son la fuente primaria de energía para nuestro cuerpo. También se les necesita para la síntesis de ADN y de ARN y, en sinergia con las proteínas y las grasas, forman glicoproteínas y glicolípidos que actúan en la comunicación y señalización celular2)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015..

Las proteínas son útiles tanto como fuente de energía como sustrato para nuestra estructura física. También actúan como “instrumentos” moleculares de nuestro metabolismo, en forma de enzimas, lo cual las convierte en fuentes esenciales para que cada reacción bioquímica funcione. Son un elemento esencial de nuestro sistema inmunológico ya que forman anticuerpos. Como proteínas estructurales, constituyen la formación de nuestros tejidos y toda nuestra morfología. La miosina y la actina, dos proteínas importantes, son necesarias para nuestros músculos y, por consiguiente, nuestros movimientos corporales. Las proteínas también son esenciales para el transporte de moléculas como el oxígeno y el hierro y constituyen factores de coagulación necesarios para la hemostasia3)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015..

Las grasas o ácidos grasos proveen un sistema de almacenamiento de energía para nuestro cuerpo. Además, son esenciales para la absorción de vitaminas liposolubles como las vitaminas E, D, K y A. Son componentes de las membranas celulares y de las capas de mielina y sirven como un amortiguador protector de nuestros órganos4)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015..

Los micronutrientes y su rol en el metabolismo

Los micronutrientes, como las vitaminas, los minerales o los fotoquímicos son sustancias que deben ingerirse pero no producen energía. Son esenciales para las reacciones anabólicas y catabólicas de nuestro metabolismo. Existen miles de micronutrientes y solo podemos mencionar unos cuantos aquí, siendo ejemplos de la enorme variedad de funciones.

  • El yodo, por ejemplo, es un elemento químico necesario para la síntesis de las hormonas tiroideas reguladoras del crecimiento: la tiroxina y la triyodotironina5)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015.
  • El hierro es un oligoelemento esencial necesario para la hematopoyesis. Este constituye el átomo central del cofactor hemo en la hemoglobina y la mioglobina y por ello es necesario para el transporte de oxígeno. También es un componente importante de muchas enzimas y parte de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria, necesaria para la producción de TFA6)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015.
  • La vitamina K es esencial para la activación de factores de coagulación y está involucrada en el metabolismo óseo7)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015.8)Palermo A, Tuccinardi D, D’Onofrio L, et al. Vitamin K and osteoporosis: Myth or reality? Metab Clin Exp. 2017;70:57-71. doi:1016/j.metabol.2017.01.032
  • Los ácidos grasos omega-3 son necesarios para el funcionamiento de las membranas celulares y para la síntesis de las prostaglandinas antiinflamatorias9)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015.10)Endo J, Arita M. Cardioprotective mechanism of omega-3 polyunsaturated fatty acids. J Cardiol. 2016;67(1):22-27. doi:1016/j.jjcc.2015.08.002
  • La L-arginina es un aminoácido semiesencial precursor en la síntesis de óxido nítrico, un segundo mensajero importante involucrado en la vasodilatación y la regulación de la presión arterial11)Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL, Gatto GJ. Biochemistry. 8th ed. New York: WH Freeman; 2015.12)Joshi MS, Ferguson TB, Johnson FK, Johnson RA, Parthasarathy S, Lancaster JR. Receptor-mediated activation of nitric oxide synthesis by arginine in endothelial cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104(24):9982-9987. doi:1073/pnas.0506824104

De qué manera el exceso y la deficiencia afectan nuestro cuerpo

Como se puede observar en el gran número de funciones desempeñadas por los macro y micronutrientes, tanto la deficiencia como el exceso pueden conllevar a trastornos metabólicos.

Por ejemplo, la inanición, es decir, la deficiencia tanto de macro como de micronutrientes, causa caquexia y, eventualmente, la muerte. En los niños, la malnutrición puede conllevar a un retraso en el crecimiento.

Hablando moderadamente, la malnutrición puede causar fatiga, apatía y depresión, atrofia muscular, sanación lenta de las heridas, un riesgo elevado de infecciones y una frecuencia cardíaca reducida.

Las condiciones comunes asociadas a las deficiencias de micronutrientes son, por ejemplo, la anemia (por falta, entre otros, de hierro, vitamina B12, ácido fólico), la osteoporosis (calcio, vitamina D, entre otros), bocio o cretinismo (yodo), degeneración subaguda de la médula espinal (vitamina B12, ácido fólico), espina bífida (ácido fólico), calambres musculares (magnesio, entre otros) y trastornos inmunológicos (vitaminas A, D, E; zinc, hierro, selenio) 13)Calder PC. Feeding the immune system. Proc Nutr Soc. 2013;72(3):299-309. doi:10.1017/S0029665113001286. Una falta de fotoquímicos, como los polifenoles, también genera consecuencias sobre la salud, sobre la cual trataremos posteriormente.

Por otro lado, la sobrealimentación causa eventualmente la obesidad, resultando en un incremento en el riesgo de enfermedad cardiovascular, cáncer y otras condiciones. El exceso de ingesta de sustancias individuales específicas, como los ácidos grasos trans14)Brouwer IA, Wanders AJ, Katan MB. Trans fatty acids and cardiovascular health: research completed? Eur J Clin Nutr. 2013;67(5):541-547. doi:10.1038/ejcn.2013.43, el arsénico15)Kuo C-C, Howard BV, Umans JG, et al. Arsenic Exposure, Arsenic Metabolism, and Incident Diabetes in the Strong Heart Study. Diabetes Care. 2015;38(4):620-627. doi:10.2337/dc14-1641, el cadmio16)Huang Y, He C, Shen C, et al. Toxicity of cadmium and its health risks from leafy vegetable consumption. Food Funct. 2017;8(4):1373-1401. doi:10.1039/c6fo01580hy los alcaloides de pirrolizidina17)Habs M, Binder K, Krauss S, et al. A Balanced Risk-Benefit Analysis to Determine Human Risks Associated with Pyrrolizidine Alkaloids (PA)-The Case of Tea and Herbal Infusions. Nutrients. 2017;9(7). doi:10.3390/nu9070717, por ejemplo, también interfiere con los procesos metabólicos y conlleva a trastornos de la salud.

En las secciones posteriores nos adentraremos más en los mecanismos específicos de enfermedad sobre los cuales algunos alimentos o dietas pueden tener un impacto, por ejemplo, la comunicación de señalización y la comunicación celular por medio de las hormonas, la inflamación y el estrés oxidativo. Los otros dos mecanismos importantes, como la epigenética y el microbioma humano, los cuales afectan el sistema inmunológico en particular, ya se han tratado en detalle en dos artículos de blog separados.

¿Cómo el consumo excesivo causa trastornos metabólicos y hormonales?

Un exceso de alimentos conlleva, en última instancia, a la obesidad18)Spiegelman BM, Flier JS. Obesity and the regulation of energy balance. Cell. 2001;104(4):531-543.. La obesidad, en un nivel histológico, describe la presencia de un incremento en la cantidad de tejido adiposo blanco. En una persona obesa, los adipocitos liberan una gran cantidad de ácidos grasos debido al incremento en la lipólisis causada por un sistema nervioso simpático sobreestimulado19)Redinger RN. The Pathophysiology of Obesity and Its Clinical Manifestations. Gastroenterol Hepatol (N Y). 2007;3(11):856-863.. Estos ácidos grasos libres causan estrés oxidativo a diferentes tejidos, conllevando a la disfunción del receptor insulínico, la resistencia a la insulina y la hiperglucemia. Los ácidos grasos libres también reducen la cantidad de glucosa utilizada por los músculos, lo cual conduce además a la hiperglicemia20)Pan DA, Lillioja S, Kriketos AD, et al. Skeletal muscle triglyceride levels are inversely related to insulin action. Diabetes. 1997;46(6):983-988..

Se supone que la insulina es una hormona proaterogénica que estimula el desarrollo de la enfermedad cardiovascular21)Després JP, Lamarche B, Mauriège P, et al. Hyperinsulinemia as an independent risk factor for ischemic heart disease. N Engl J Med. 1996;334(15):952-957. doi:10.1056/NEJM19960411334150422)Madonna R, Pandolfi A, Massaro M, Consoli A, De Caterina R. Insulin enhances vascular cell adhesion molecule-1 expression in human cultured endothelial cells through a pro-atherogenic pathway mediated by p38 mitogen-activated protein-kinase. Diabetologia. 2004;47(3):532-536. doi:10.1007/s00125-004-1330-x.

¿Cómo la alimentación causa el cáncer?

El tejido adiposo también libera adipoquinas que promueven el cáncer al estimular el factor de crecimiento insulínico tipo 1 (IGF-1) y otras hormonas del crecimiento, lo cual facilita la proliferación celular o la diferenciación debida a las cascadas de señalización mitogénica y antiapoptótica23)Orrù S, Nigro E, Mandola A, et al. A Functional Interplay between IGF-1 and Adiponectin. Int J Mol Sci. 2017;18(10). doi:10.3390/ijms1810214524) Anisimov VN, Bartke A. The key role of growth hormone-insulin-IGF-1 signaling in aging and cancer. Crit Rev Oncol Hematol. 2013;87(3):201-223. doi:10.1016/j.critrevonc.2013.01.005. El IGF-1 también facilita la angiogénesis, la cual promueve el crecimiento del cáncer en general25)Renehan AG, Frystyk J, Flyvbjerg A. Obesity and cancer risk: the role of the insulin-IGF axis. Trends Endocrinol Metab. 2006;17(8):328-336. doi:10.1016/j.tem.2006.08.006. La leptina misma, una de las adipoquinas bastante estudiadas, se conoce por tener propiedades mitogénicas, antiapoptóticas y proinflamatorias, todas involucradas en la carcinogénesis26)Lee CH, Woo YC, Wang Y, Yeung CY, Xu A, Lam KSL. Obesity, adipokines and cancer: an update. Clin Endocrinol (Oxf). 2015;83(2):147-156. doi:10.1111/cen.12667.

No solo el tejido adiposo blanco causa el cáncer, también la alimentación, por ejemplo los (pro)carcinógenos, como las micotoxinas, que tienen propiedades carcinogénicas. La aflatoxina de alimentos contaminados con moho se une al ADN, lo cual induce el desarrollo del cáncer de hígado27)Kew MC. Aflatoxins as a cause of hepatocellular carcinoma. J Gastrointestin Liver Dis. 2013;22(3):305-310.. El benzopireno se puede encontrar predominantemente en las carnes asadas28)Lee BM, Shim GA. Dietary exposure estimation of benzo[a]pyrene and cancer risk assessment. J Toxicol Environ Health Part A. 2007;70(15-16):1391-1394. doi:10.1080/15287390701434182. Sus metabolitos también interfieren con el ADN lo cual promueve mutaciones y, por consiguiente, el cáncer29)Volk DE, Thiviyanathan V, Rice JS, et al. Solution structure of a cis-opened (10R)-N6-deoxyadenosine adduct of (9S,10R)-9,10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a]pyrene in a DNA duplex. Biochemistry. 2003;42(6):1410-1420. doi:10.1021/bi026745u. Un desequilibrio entre los componentes prooxidantes y antioxidantes en nuestros alimentos puede también desempeñar un rol en la formación del cáncer 30)Sharma A, Kaur M, Katnoria JK, Nagpal AK. Polyphenols in Food: Cancer Prevention and Apoptosis Induction. Curr Med Chem. 2018;25(36):4740-4757. doi:10.2174/0929867324666171006144208, lo cual aclaramos en el siguiente párrafo.

¿Cuáles son los mecanismos por medio de los cuales los alimentos causan inflamación?

Los oxidantes y los antioxidantes están involucrados en la inflamación, otro mecanismo básico de enfermedad sobre el cual actúa la nutrición. La inflamación es una respuesta celular a una lesión caracterizada por un aumento del flujo sanguíneo, la infiltración leucocitaria y la producción local de los mediadores con el propósito de reparar los tejidos31)Calder PC, Ahluwalia N, Albers R, et al. A consideration of biomarkers to be used for evaluation of inflammation in human nutritional studies. Br J Nutr. 2013;109 Suppl 1:S1-34. doi:10.1017/S0007114512005119. Son los mecanismos subyacentes de enfermedad en condiciones como el síndrome metabólico, la enfermedad del hígado graso no alcohólico, la diabetes mellitus y las enfermedades cardiovasculares32)Hotamisligil GS. Inflammation and metabolic disorders. Nature. 2006;444(7121):860-867. doi:10.1038/nature05485.

Nuevamente, es la sobrealimentación, es decir la obesidad, una de las causas principales de un estado corporal proinflamatorio. El tejido adiposo blanco, más precisamente, los depósitos de grasa visceral liberan adipoquinas que estimulan las citoquinas, como TNF-alpha, IL-1 y IL-6, las cuales pueden causar inflamación sistémica33)Lafontan M. Fat cells: afferent and efferent messages define new approaches to treat obesity. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2005;45:119-146. doi:10.1146/annurev.pharmtox.45.120403.09584334)Calabro P, Yeh ET. Obesity, inflammation, and vascular disease: the role of the adipose tissue as an endocrine organ. Subcell Biochem. 2007;42:63-91.. Este es un mecanismo más por el cual el tejido adiposo causa disfunción pancreática de las células beta y por consiguiente la hiperglucemia y eventualmente la diabetes mellitus35)Kershaw EE, Flier JS. Adipose tissue as an endocrine organ. J Clin Endocrinol Metab. 2004;89(6):2548-2556. doi:10.1210/jc.2004-0395.

En contraste, un equilibro de energía negativa, es decir, restricción calórica, reduce la inflamación36)Fontana L, Meyer TE, Klein S, Holloszy JO. Long-term calorie restriction is highly effective in reducing the risk for atherosclerosis in humans. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101(17):6659-6663. doi:10.1073/pnas.0308291101.

La inflamación también está involucrada en el desarrollo de aterosclerosis al inducir la disfunción endotelial en las lesiones vasculares. Además de las adipoquinas inflamatorias y también un sistema derivado de adipocitos renina-angiotensina-aldosterona37)Engeli S, Schling P, Gorzelniak K, et al. The adipose-tissue renin-angiotensin-aldosterone system: role in the metabolic syndrome? Int J Biochem Cell Biol. 2003;35(6):807-825., la inflamación es promovida por un aumento elevado de estrés oxidativo.

El estrés oxidativo es un estado metabólico caracterizado por un desequilibrio entre la presencia de especies reactivas de oxígeno (ERO) y moléculas antioxidantes capaces de contrarrestar los radicales libres emergentes. Mientras los radicales libres tienen el potencial de lesionar todos los componentes al interior de una célula, incluidas las proteínas, los lípidos y también el ADN, el estrés oxidativo, es decir, una cantidad excesiva de ERO está involucrada en la mayoría de las enfermedades, desde cáncer38)Halliwell B. Oxidative stress and cancer: have we moved forward? Biochemical Journal. 2007;401(1):1-11. doi:10.1042/BJ2006113139)Carini F, Mazzola M, Rappa F, et al. Colorectal Carcinogenesis: Role of Oxidative Stress and Antioxidants. Anticancer Res. 2017;37(9):4759-4766. doi:10.21873/anticanres.11882 a enfermedad cardiovascular40)Siti HN, Kamisah Y, Kamsiah J. The role of oxidative stress, antioxidants and vascular inflammation in cardiovascular disease (a review). Vascul Pharmacol. 2015;71:40-56. doi:10.1016/j.vph.2015.03.005 a neurodegenerativa41)Niedzielska E, Smaga I, Gawlik M, et al. Oxidative Stress in Neurodegenerative Diseases. Mol Neurobiol. 2016;53(6):4094-4125. doi:10.1007/s12035-015-9337-5 y a trastornos psiquiátricos42)Jiménez-Fernández S, Gurpegui M, Díaz-Atienza F, Pérez-Costillas L, Gerstenberg M, Correll CU. Oxidative stress and antioxidant parameters in patients with major depressive disorder compared to healthy controls before and after antidepressant treatment: results from a meta-analysis. J Clin Psychiatry. 2015;76(12):1658-1667. doi:10.4088/JCP.14r09179. La oxidación del ADN, ligada a ERO, es una de las principales causas de mutaciones que promueven la carcinogénesis43)Kawanishi S, Ohnishi S, Ma N, Hiraku Y, Murata M. Crosstalk between DNA Damage and Inflammation in the Multiple Steps of Carcinogenesis. Int J Mol Sci. 2017;18(8). doi:10.3390/ijms18081808.

Las moléculas prooxidantes son un derivado del metabolismo energético, causado por la respiración celular, pero también existen fuentes exógenas, como fumar, los metales pesados o los pesticidas44)Phaniendra A, Jestadi DB, Periyasamy L. Free Radicals: Properties, Sources, Targets, and Their Implication in Various Diseases. Indian J Clin Biochem. 2015;30(1):11-26. doi:10.1007/s12291-014-0446-0. La alimentación puede influir en la producción, tanto de las moléculas prooxidantes como de las antioxidantes. Por ejemplo, el consumo elevado de ácidos grasos saturados aumenta el estrés oxidativo, mientras los ácidos grasos monoinsaturados adquieren un rol mayormente de antioxidantes45)Vetrani C, Costabile G, Di Marino L, Rivellese AA. Nutrition and oxidative stress: a systematic review of human studies. International Journal of Food Sciences and Nutrition. 2013;64(3):312-326. doi:10.3109/09637486.2012.738651.

Los polifenoles alimentarios que se encuentran en las frutas, las verduras, el chocolate oscuro, el té, el café o el vino, actúan como antioxidantes o incrementan la expresión genética de los antioxidantes y de esta manera antagonizan con la inflamación46)Scalbert A, Manach C, Morand C, Rémésy C, Jiménez L. Dietary polyphenols and the prevention of diseases. Crit Rev Food Sci Nutr. 2005;45(4):287-306. doi:10.1080/104086905909647)Chun OK, Chung S-J, Claycombe KJ, Song WO. Serum C-reactive protein concentrations are inversely associated with dietary flavonoid intake in U.S. adults. J Nutr. 2008;138(4):753-760. doi:10.1093/jn/138.4.75348) Landberg R, Sun Q, Rimm EB, et al. Selected dietary flavonoids are associated with markers of inflammation and endothelial dysfunction in U.S. women. J Nutr. 2011;141(4):618-625. doi:10.3945/jn.110.133843.

En resumen, los alimentos son la materia de la cual estamos construidos y sus componentes energizan nuestro metabolismo. Los alimentos afectan nuestro ADN, todos nuestros sistemas de órganos y nuestro bienestar. Este artículo solo brinda un indicio sobre los mecanismos subyacentes de las enfermedades y sus interacciones en las cuales influye la nutrición. Se esclarecerán en más detalle en nuestros próximos artículos sobre la nutrición y la enfermedad.

Este artículo es parte de la serie "El poder de la nutrición".

Bibliografía   [ + ]

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